Cercetatorii
Rezultatele obtinute conduc studiul moleculelor si atomilor la cea mai mica scara de masurare si ar putea avea un impact deosebit asupra nanotehnologiei, domeniu care incearca sa inteleaga si sa controleze cateva dintre cele mai mici particule pe care le cunoaste omenirea
“Chiar daca nu este o comparatie exacta, daca facem o paralela cu modul in care un doctor utilizeaza razele x pentru a vizualiza oasele si organele din interiorul corpului uman, noi utilizam microscopul de forta atomica pentru a vizualiza structurile atomice care stau la baza moleculelor individuale,” a afirmat cercetatorul
Acest rezultat urmeaza unui alt experiment prezentat cu doar doua luni in urma in numarul din 12 iunie al revistei Science (vol 324, nr 5933, pag. 1428 – 1431) in cadrul caruia cercetatorii
Asa cum a fost prezentat in numarul din 28 august al revistei Science, cercetatorii din cadrul departamentului
Indicatorul care a revolutionat scara de masura
AFM utilizeaza un indicator metalic ascutit pentru masurarea fortelor dintre varful acestuia si mostra, care poate fi o molecula, pentru a crea diferite moduri de vizualizare. In aceste experimente, molecula investigata a fost pentacena. Aceasta este o molecula alungita, alcatuita din 22 atomi de carbon si 14 atomi de hidrogen, masurand 1.4 nanometri in lungime. Distanta dintre doi atomi vecini de carbon este de doar 0.14 nanometri – de 1 milion de ori mai mica decat diametrul unui fir de nisip. In imaginea experimentala, formele hexagonale ale celor cinci legaturi de carbon ca si ale atomilor din molecula sunt evidentiate in mod clar. Chiar si pozitiile atomilor de hidrogen ale moleculei pot fi deduse din aceasta reprezentare.
“Cheia pentru obtinerea unei rezolutii atomice a fost varful ascutit si precis al indicatorului, precum si stabilitatea inalta a sistemului,” a spus cercetatorul
Gross a mai adaugat, “Am pregatit mostra alegand in mod deliberat atomi si molecule singulare si am aratat ca atomul sau molecula principala sunt cele care creeaza contrastul din cadrul masuratorilor noastre cu ajutorul AFM”. Indicatorul, avand in varf o molecula de monoxid de carbon, a generat un contrast optim la o inaltime de aproximativ 0.5 nanometri deasupra molecului fotografiate – avand un comportament asemanator unei lupe puternice – a evidentiat atomii individuali in cadrul unei molecule de pentacena, dezvaluind structura chimica la scara atomica.
In plus, cercetatorii au reusit sa obtina o harta tri-dimensionala a fortelor care actioneaza asupra moleculei investigate. “Pentru a obtine o harta completa, a fost nevoie ca microscopul sa fie deosebit de stabil, atat din punct de vedere mecanic cat si termic, pentru a asigura faptul ca atat indicatorul din cadrul AFM cat si molecula isi pastreaza parametrii nemodificati pe parcursul celor peste 20 ore de obtinere a datelor”, a afirmat Fabian Monh, cel care lucreaza la teza sa de doctorat in cadrul departamentului
Pentru a sustine descoperirile experimentale si a dobandi o perspectiva mai ampla asupra naturii exacte a mecanismului de vizualizare, Nikolaj Moll a realizat o cercetare amanuntita asupra sistemului investigat. “Calculele ne-au ajutat sa intelegem ce a cauzat respingerea dintre atomi. De fapt, am descoperit ca sursa acesteia a fost respingerea Pauli dintre molecula de CO si molecula de pentacena”. Aceasta forta provine dintr-un efect mecanic cuantic numit principiul de excluziune al lui Pauli. Acesta afirma faptul ca doi electroni identici nu se pot apropia foarte mult unul de celelalt.
Oamenii de stiinta s-au straduit sa “vizualizeze” si sa manipuleze atomii si moleculele Oamenii de stiinta s-au straduit sa “vizualizeze” atomii si moleculele pentru a extinde cunoasterea umana si a impinge limitele activitatii stiintifice pana la nivel nanometric. IBM a fost un deschizator de drumuri in nanostiinta si nanotehnologie inca de la dezvoltarea microscopului de scanare cu efect de tunel in 1981 de catre cercetatorii IBM Gerd Binnig si Heinrich Rohrer la IBM Research – Zurich. Pentru aceasta inventie, care a permis vizualizarea atomilor individuali si mai apoi manevrarea lor, Binning si Rohrer au primit premiul Nobel pentru fizica in anul 1986. AFM-ul (microscopia de forta atomica), successor al STM (microscopia de scanare cu efect de tunel), a fost inventat de catre Binning in 1986. STM este privit in general ca fiind instrumentul care a deschis usa cercetarii in domeniul nanotehnologiei. Un nou centru de cercetare in acest domeniu, the Nanoscale Exploratory Technology Laboratory, va fi deschis in 2011 in campusul IBM Research din Zurich. Acest centru este parte a parteneriatului strategic in domeniul nanotehnologiei cu ETH Zurich, una dintre universitatile tehnice de top ale Europei.
Lucrarea stiintifica intitulata “The Chemical Structure of a Molecule Resolved by Atomic Force Microscopy” de L. Gross, F. Mohn, N. Moll, P. Liljeroth, si G. Meyer, apare in revista Science, vol. 325, nr 5944, pp. 1110 – 1114 (28 August 2009).